半导体激光器数字辅助锁定系统设计

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）半导体激光器数字辅助锁定系统的设计硕士研究生：李冬青指导教师：张军海副教授学位级别：工程硕士工程领域：光学工程所在单位：理学院论文提交日期：2013年5月论文答辩日期：2013年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.Eng（MasterofEngineering）DesignofDigitalAuxiliaryLockSystemfortheSemiconductorLaserCandidate:LiDongqingSupervisor:As

2、sociateProf.ZhangJunhaiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:OpticalEngineeringDateofSubmission:May.2013DateofOralExamination:Jun.2013University:HarbinEngineeringUniversity学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或

3、集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉

4、密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要近年来，半导体激光器由于拥有诸多优点并且应用广泛，因此发展很快，比如在原子磁力仪中就起着非常重要的作用。但是根据原子磁力仪的原理，需将激光器的频率锁定在铯原子超精细共振线处，因此这就对激光器的频率稳定性提出了很高的要求。传统的解决方案中，一般是让半导体激光器通过饱和吸收谱装置将其频率锁在铯原子的超精细共振谱线上来达到稳频的目的，但是随着时间的变化，半导体激光器可能会由于各种原因而失锁，

5、因此本课题提出了一种数字辅助锁定技术，将误差信号输入，然后系统不断跟随监测输入信号的取值并调整输出，激光器一旦失锁就能快速找回其锁定状态，从而增加了锁定系统的稳定性，使激光器在一般情况下能够实现长期稳定锁定，并且可以通过一定的修改和扩展获得更多的用途或用作一个自动控制系统。本论文主要的工作内容有：首先，在文中详细的阐述了本课题的背景，并阐述了半导体激光器的稳频的意义和方法，对比了常见的饱和吸收谱和原子二向色性的两种方式，并提出了本课题的研究目标以及研究内容。其次，进行了系统的总体方案设计与分析，从硬件和软件角度分别提出了系统的设计方案。为了实现系统目标，采用了单片机作为主控核心部件，因为单片

6、机功能强大，运算速度快并且价格低廉，也便于日后扩展更多用途。在软件的方案上，本着简单便于理解，日后移植性好的原则，选用了C语言进行开发。再次，分别从硬件设计和软件设计两个角度进行了详细的阐述与说明。在硬件设计的叙述中按照电路功能分为若干部分：输入通道、主控模块、数模转换、采样保持，以及电路外围的串行口通信电路和电源电路，详细描述了各个部分的工作原理与具体设计，并探讨了硬件的抗干扰设计。其硬件工作原理主要是利用输入通道依次轮流监测每一路的输入信号，判断其取值的正负，然后单片机做出反应，给予一个相应的数字量的改变输入到数模转换电路中，数模转换转出模拟信号后采样保持电路将电路的输出值锁定保持，并等

7、待下一次的变化。在软件设计中，为了便于理解与维护，采用了模块化的设计方案，根据工作原理分为若干模块进行设计，并探讨了软件的抗干扰措施。最后，绘制了PCB电路板，对软件进行了一定的模拟仿真，然后制作了实物电路，并对系统做了相关的功能性试验，结果表明实验结果实现了预期的目标，但是由于本人水平有限和时间仓促，因此，本文所研制的数字辅助锁定电路还可半导体激光器数字辅助锁定系统的设计以有更大的发展提升空间，电路中电容的